WO2007040089A1 - レーザ投射装置 - Google Patents

Abstract

　周囲環境温度が高温になった場合であっても、赤、青、緑のレーザ光の色合いを一定に保つレーザ投射装置を提供する。 　レーザ投射装置は、赤色のレーザ光を発光する赤色レーザ光源と、赤色レーザ光源の温度を検出する温度センサと、温度センサが検出した赤色レーザ光源の温度に基づいて、赤色レーザ光源の熱を外部に放熱する放熱手段と、を有する。

Description

明 細 書

レーザ投射装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体レーザ光を利用する光情報分野で使用されるレーザ投射装置に 関する。

背景技術

[0002] レーザ光をスクリーンに投射する従来のレーザ投射装置が特許文献 1に開示され ている。特許文献 1のレーザ投射装置を図 15に示す。従来のレーザ投射装置 150は 、赤 (R)、青 (B)、緑 (G)のレーザ光を連続発光する短波長レーザ光源である赤色レ 一ザ光源 1、青色レーザ光源 2、及び緑色レーザ光源 3を有する。赤色レーザ光源 1 は赤色のレーザ光を出射する半導体レーザであり、青色レーザ光源 2及び緑色レー ザ光源 3は半導体レーザのレーザ光を波長変換して、青色及び緑色のレーザ光を出 射する構成を有する。各レーザ光源から出射される赤、青、緑の 3色のレーザ光 Pl、 P2、 P3は、ミラー 5及びレンズ系 6aを介して、空間変調素子 7に投射される。空間変 調素子 7は、映像信号をレーザ光に載せるために各色の変調を行い、映像信号を載 せたレーザ光を出射する。空間変調素子 7から出射される映像は、レンズ系 6bで拡 大され、スクリーン 8上に投影される。スクリーン 8の映像は、スクリーン 8の手前、すな わちレーザ投射装置 150側から観測される。

特許文献 1：特許第 3460840号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 従来のレーザ投射装置は各レーザ光源の出力を一定にした場合でも、周囲環境 温度が変化するとレーザ光の波長がずれ、スクリーン 8に投射する色のバランスが変 化して、色合いがずれるという問題があった。特に、半導体レーザである赤色レーザ 光源 1は、材料の特性により、温度に対して波長が変わりやすい。そのため、周囲環 境温度が高温になると、 RGBの色合いがずれやすくなる。

[0004] 本発明は、周囲環境温度が高温のときであっても、赤、青、緑のレーザ光の色合い を一定に保つレーザ投射装置を提供する。

課題を解決するための手段

[0005] 本発明のレーザ投射装置は、赤色のレーザ光を発光する赤色レーザ光源と、赤色 レーザ光源の温度を検出する温度センサと、温度センサが検出した赤色レーザ光源 の温度に基づいて、赤色レーザ光源の熱を放熱する放熱手段と、を有する。

[0006] 上記レーザ投射装置は、青色のレーザ光を発光する青色レーザ光源と、緑色のレ 一ザ光を発光する緑色レーザ光源と、をさらに有しても良い。この場合、放熱手段は 、赤色レーザ光源の熱を青色レーザ光源及び緑色レーザ光源の熱より多く放熱する ことが好ましい。

[0007] 放熱手段は冷却水により各レーザ光源を冷却しても良い。放熱手段は、赤色レー ザ光源を水冷した後の冷却水により、青色レーザ光源と緑色レーザ光源を水冷して も良い。

[0008] 放熱手段は、赤色レーザ光源の温度を環境温度よりも低温にする冷却手段を備え ても良い。冷却手段は、ペルチェ素子であっても良い。

[0009] 放熱手段は、空冷ファンを備えても良い。空冷ファンは、赤色レーザ光源を放熱し た後の廃熱で、青色レーザ光源及び緑色レーザ光源を放熱するように配置されても 良い。赤色レーザ光源は、青色レーザ光源と緑色レーザ光源よりも、空冷ファンの近 くに配置されても良い。

[0010] 放熱手段は、赤色レーザ光源の温度が高いときに動作しても良い。

[0011] 赤色レーザ光源は赤色半導体レーザであり、放熱手段は、赤色半導体レーザの活 性層の温度を 90度以下に保つように、赤色半導体レーザの熱を放熱しても良い。

[0012] 上記レーザ投射装置は、赤色レーザ光源の波長をロックする波長ロック手段をさら に備えても良い。

[0013] 青色レーザ光源は、 GaN青色半導体レーザであっても良い。青色レーザ光源の波 長は、 440nm〜460nmの範囲であっても良い。

[0014] 緑色レーザ光源は、光波長変換素子を備えても良い。

[0015] 上記レーザ投射装置は、液晶パネルをさらに有しても良い。

[0016] 各レーザ光源と放熱手段は、液晶パネルの側面側に設けられても良 、。液晶パネ ルの側面の中央に各レーザ光源から出射されるレーザ光を液晶パネルに入射する 光入射口を備えても良い。

[0017] 放熱手段は、空気を取り込む吸入口と、空気を排出する排出口と、吸入口付近に 設けられた空冷ファンと、を有し、吸入口と排出口は、レーザ投射装置の側面の対辺 に設けられても良い。

[0018] 放熱手段は、空気を取り込む吸入口と、空気を排出する排出口と、吸入口付近に 設けられた空冷ファンと、を有し、吸入口はレーザ投射装置の側面に設けられ、排出 口はレーザ投射装置の背面に設けられても良い。

[0019] 放熱手段は、空気を取り込む吸入口と、空気を排出する排出口と、吸入口付近に 設けられた空冷ファンと、を有し、吸入口はレーザ投射装置の側面に設けられ、排出 口はレーザ投射装置の底面に設けられても良い。

[0020] 本発明の別のレーザ投射装置は、赤色のレーザ光を発光する赤色レーザ光源と、 青色のレーザ光を発光する青色レーザ光源と、緑色のレーザ光を発光する緑色レー ザ光源と、各レーザ光源から出射されるレーザ光を入射される液晶パネルと、赤色レ 一ザ光源の熱を放熱する空冷ファンと、を有し、各レーザ光源と空冷ファンは液晶パ ネルの側面側に設けられ、且つ赤色レーザ光源は、青色レーザ光源及び緑色レー ザ光源よりも空冷ファンの近くに配置される。

発明の効果

[0021] 本発明のレーザ投射装置によれば、周囲環境温度が高温のときであっても、赤、青 、緑のレーザ光の色合いを一定に保つことができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明の実施形態 1のレーザ投射装置の構成図

[図 2]人間の赤、青、緑に対する感度を示す図

[図 3]本発明の実施形態 1の放熱手段を示す図

[図 4]本発明の実施形態 1の外気と各レーザ光源の温度分布を示す図

[図 5]本発明の実施形態 2の放熱手段を示す図

[図 6]本発明の実施形態 2の外気と各レーザ光源の温度分布を示す図

[図 7]本発明の実施形態 3のレーザ投射装置の構成図 圆 8]本発明の実施形態 3の放熱手段を示す図

圆 9]本発明の実施形態 4のレーザ投射装置の構成図

圆 10]本発明の実施形態 4のレーザ投射装置における吸入口と排出口の他の配置 を示す図

圆 11]本発明の実施形態 4のレーザ投射装置における吸入口と排出口のさらに他の 配置を示す図

圆 12]本発明の実施形態 4のレーザ投射装置における吸入口と排出口のさらに他の 配置を示す図

[図 13] (a)は本発明の実施形態 5の温度センサの配置を示す図、（b)は赤色半導体 レーザチップ 131の構成図

[図 14]本発明の実施形態 6の波長ロック手段の構成図

[図 15]従来のレーザ投射装置の構成図

符号の説明

1 赤色レーザ光源

2 青色レーザ光源

3 緑色レーザ光源

4 放熱部

5 ミラー

6a, 6b レンズ系

7 空間変調素子

8 スクリーン

9 水平偏向装置

10 垂直偏向装置

31 冷却水

51 ぺノレチ 素子

81 吸入口

82 排出口

83 空冷ファン 84 放熱フィン

95 液晶パネル

96 光入射口

100、 150、 700、 900 レーザ投射装置

111 台

131 赤色半導体レーザチップ

132 半導体レーザ固定ジグ

133 温度センタ

134 活性層

141 レンズ

142 VBG

900a, 900b, 900c 液晶テレビ

Pl、 P2、 P3 レーザ光

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

[0025] (実施形態 1)

本発明の実施形態 1のレーザ投射装置の構成を図 1に示す。本実施形態のレーザ 投射装置は、スクリーン 8に画像を映し出すプロジェクシヨンディスプレイである。

[0026] [レーザ投射装置の全体構成]

本実施形態のレーザ投射装置 100は、赤 (R)、青 (B)、緑 (G)のレーザ光を連続 発光する短波長レーザ光源である、赤色レーザ光源 1、青色レーザ光源 2、及び緑 色レーザ光源 3を有する。

[0027] 赤色レーザ光源 1は、赤色のレーザ光を出射する赤色半導体レーザである。本実 施形態において、赤色レーザ光源 1は、波長 640nm、出力 4Wの AlGalnPの赤色 半導体レーザである。

[0028] 青色レーザ光源 2は、青色のレーザ光を出射する GaN半導体レーザであり、本実 施形態においては、波長 450nm、出力 2. 5Wの GaN半導体レーザである。

[0029] 緑色レーザ光源 3は、半導体レーザから出射される赤外光を光波長変換素子 (SH G (Second Harmonic Generation)素子）により光波長変換して、緑色のレーザ光を出 射する構成を有する。半導体レーザは、 Gd:YVOの固体レーザによる共振器内で

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、パワー密度を向上させる。共振器内部に光波長変換素子を入れることにより、波長 532nmの 3Wの緑色のレーザ光を取り出す。本実施形態においては、波長 810nm 、出力 12Wの半導体レーザが使用され、光波長変換素子として MgOドープの LiNb O基板が使用される。

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[0030] レーザ投射装置 100は、各レーザ光源から出射されたレーザ光 Pl、 P2、 P3を反 射するミラー 5を備える。レーザ光 Pl、 P2、 P3は、ミラー 5で反射されることにより、方 向が変わり、レンズ系 6aに投射される。レーザ光 Pl、 P2、 P3は、レンズ系 6aに投射 されるときに、ミラー 5により合波される。

[0031] レーザ投射装置 100は、レーザ光に映像信号を載せるためにレンズ系 6aを介して 投射されたレーザ光を変調する空間変調素子 7、及び空間変調素子 7から出力され るレーザ光を拡大してスクリーン 8に投射するレンズ系 6bをさらに備える。本実施形 態において、空間変調素子 7は、 DMD (デジタルミラーデバイス)である。ミラー 5、レ ンズ 6a、 6b、及び空間変調素子 7は、本実施形態の光学系を構成する。スクリーン 8 力も反射される散乱光は、スクリーン 8の前、すなわちレーザ投射装置 100側から観 測される。

[0032] 本実施形態において、スクリーン 8は、通常の水銀ランプを用いたプロジェクタで使 用されるゲイン 1のスクリーンで、サイズが 90インチである。レーザ投射装置 100が全 白を出力したとき、スクリーン 8の明るさは 200ルクス程度となる。

[0033] [3原色に対する目の感度]

図 2に、赤、青、緑の 3原色に対する人間の目の感度を示す。図 2の横軸は波長 (n m)を示し、縦軸は感度の相対値を示す。相対値の最大値は「1」とする。図 2に示す ように、青の波長は 450nmがピークであり、緑の波長は 550nmがピークである。赤 の波長は 600nmがおおよそのピークである力 深い赤と認識されるのは 640nmの 波長又は 640nmより長 、波長である。

[0034] 赤色半導体レーザである赤色レーザ光源 1は、材料の特性により、外気の温度変 化によって発振波長が変化する。 AlGalnPの赤色レーザ光源 1は、 0. 2nmZ度の 大きな波長変化を持っため、例えば外気温が 20度力も 70度まで変化すると、波長 が約 lOnm変化する。例えば、波長が 640nmから 650nmに変化すると、感度が 4割 程低下してしまう。そのため、正しい色合いが保てない。色合いを保っために、赤色 レーザ光源 1のパワーを上昇させることにより感度を補えば、赤色レーザ光源 1の活 性層の温度が約 10〜20度上昇し、赤色レーザ光源 1は劣化してしまう。よって、赤 色レーザ光源 1のパワーを上昇させることはできない。

[0035] 本実施形態のレーザ投射装置 100は、赤色レーザ光源 1のパワーを上昇させなく ても色合いを保てるように、図 1に示す放熱部 4をさらに備える。放熱部 4は、レーザ 投射装置 100の筐体内の熱を外部に放出する。

[0036] [各レーザ光源の放熱]

図 3に、赤色レーザ光源 1、青色レーザ光源 2、及び緑色レーザ光源 3の熱を放熱 する放熱部 4に関連する構成を示す。放熱部 4は、冷却水 31を出力する放熱手段で ある。冷却水 31は、赤色レーザ光源 1を冷却後、青色レーザ光源 2及び緑色レーザ 光源 3から熱を奪い、放熱部 4に戻る。放熱部 4は、冷却水 31の熱をレーザ投射装置 100の外部に放熱する。放熱部 4は、冷却水 31の温度が大幅に低下した後、再び赤 色レーザ光源 1を冷却するために冷却水 31を流す。

[0037] 外気と各レーザ光源の入射口 32a、 32b、 32cの冷却水の温度を図 4に示す。図 4 に示すように、外気の温度が 30度の時、赤色レーザ光源 1の入射口 32aの冷却水 3 1の温度は 31度、青色レーザ光源 2の入射口 32bの冷却水 31の温度は 41度、緑色 レーザ光源 3の入射口 32cの冷却水 31の温度は 51度である。また、外気温が 35度 のときの赤色レーザ光源 1の入射口 32aの冷却水 31の温度は 36度であった。

[0038] 本実施形態のレーザ投射装置 100において、赤、青、緑のレーザ光源 1, 2, 3は、 赤色レーザ光源 1の入射口 32aの冷却水の温度が最も低くなるように、配置される。 赤色レーザ光源 1は、冷却水 31により、青色レーザ光源 2及び緑色レーザ光源 3より 優先的に放熱されるため、赤色レーザ光源 1の温度が最も低く保たれる。これ〖こより、 周囲環境温度が変化しても、赤色半導体レーザの発振波長の変動を極めて小さくす ることができる。レーザ光の色合いを一定に保つことが可能となる。さらに、赤色レー ザ光源 1の出力を上昇させずにすむため、赤色レーザ光源 1の寿命を大幅に改善で きる。これにより、工業的価値が高くなる。さらに、レーザ投射装置 100全体の消費電 力を低減することができる。

[0039] 赤色レーザ光源 1の熱が放熱されることにより冷却水 31の温度は上昇する。温度が 高くなつた冷却水 31により、青色レーザ光源 2の熱は放熱されるため、青色レーザ光 源 2の温度は、赤色レーザ光源 1の温度ほど低くならない。しかし、 GaN半導体レー ザである青色レーザ光源 2の波長変化は、 0. 05nmZ度であるため、青色レーザ光 源 2は、温度が高い場合であっても、色合いを保つことができる。また、図 2に示すよう に、青色レーザ光源 2は、波長 450nmの波長近傍において、波長変化に対する色 合いの変化が小さいため、温度により波長が変化しても色合いを保つことができる。

[0040] 緑色レーザ光源 3の熱は、青色レーザ光源 2の熱を放熱した後の冷却水 31により、 放熱されるため、図 4に示すように、緑色レーザ光源 3の入射口 32cの冷却水 31の温 度は、赤色レーザ光源 1と青色レーザ光源 3と比較して、最も高くなる。例えば、外気 温が 35度のとき、緑色レーザ光源 3の入射口 32cの冷却水 31の温度は、 56度まで 上昇した。そのため、緑色レーザ光源 3は、赤色レーザ光源 1や青色レーザ光源 2と 比較すると、あまり放熱されない。しかし、光波長変換素子を備えた緑色レーザ光源 3は温度に対して波長がほとんど変化しな 、ため、緑色レーザ光源 1が高温であつて も、色合いを保つことができる。

[0041] 外気温が 35度のとき、本実施形態のレーザ投射装置 100は、約 2万時間の連続動 作を達成することができた。一方、赤色レーザ光源 1と緑色レーザ光源 3の位置を替 えて、赤色レーザ光源 1が高温側になる構成にすると、 100時間程度で赤色レーザ 光源 1は劣化した。赤色レーザ光源 1の温度が最も低くなるように赤色レーザ光源 1 を配置して、冷却水 31により赤色レーザ光源 1の熱を放熱することにより、安定した パワーで、色再現性とコントラストが良い映像をスクリーン 8に投射することができる。

[0042] なお、本実施形態では冷却水 31は水であった力 他に油等液体を用いても良い。

さらにヒートパイプ等を利用することも可能である。

[0043] (実施形態 2)

本発明の実施形態 2の放熱手段の構成を図 5に示す。本実施形態のレーザ投射 装置の全体構成は、図 1のレーザ投射装置 100と同じである。本実施形態は、放熱 手段が実施形態 1と異なる。本実施形態の放熱手段は、冷却水 31を出力する放熱 部 4に加えて、冷却手段であるペルチェ素子 51を有する。ペルチェ素子 51は赤色レ 一ザ光源 1に対して設けられる。冷却水 31は、赤色レーザ光源 1に設けられたペル チェ素子 21を冷却後、青色レーザ光源 2及び緑色レーザ光源 3の順に熱を奪い、放 熱部 4に到達する。放熱部 4は、実施形態 1と同様に、冷却水 31の熱をレーザ投射 装置 100の筐体の外部に放熱し、冷却水 31の温度が大幅に低下した後、再びレー ザ光源 1、 2、 3の冷却に用いる。

[0044] 外気温度が 30度のときの各レーザ光源の入射口 32a、 32b、 32cの冷却水の温度 を図 6に示す。図 6に示すように、赤色レーザ光源 1の入射口 32aの冷却水の温度は 25度、青色レーザ光源 2の入射光 32bの冷却水の温度は 40度、緑色レーザ光源 3 の入射口 32cの冷却水の温度は 50度である。ペルチェ素子 51を用いたことにより、 実施形態 1と比較して、赤色レーザ光源 1の入射口 32aの冷却水の温度を低く保つこ とができる。赤色レーザ光源 1の温度は、外気温度よりも低温に保たれる。よって、赤 色レーザ光源 1の発振波長は、外気温度が上昇しても、変化しない。

[0045] 通常、外気温度が 50度に達すると、冷却なしの場合、赤色レーザ光源 1の活性層 の温度は 90度以上に達し、寿命が急激に低下する。しかし、ペルチェ素子 51を備え たことにより、赤色レーザ光源 1を低温に保持することができるため、活性層の温度を 90度以下に保つことができる。これにより、赤色レーザ光源 1の寿命の低下を防ぐこ とがでさる。

[0046] なお、放熱部 4は、外気温度が高くないとき (例えば 30度未満のとき）に作動せず、 外気温度が高いとき (例えば 30度以上のとき）のみ作動しても良い。これにより、レー ザ投射装置 100の年間の消費電力を大幅に低減できる。

[0047] なお、ペルチェ素子 51の代わりに、冷蔵庫で用いられるコンプレッサを冷却手段と して用いても良い。

[0048] (実施形態 3)

本発明の実施形態 3のレーザ投射装置の全体の構成を図 7に示す。本実施形態の レーザ投射装置 700は、背面投射型のプロジェクシヨンディスプレイである。本実施 形態のレーザ投射装置 700は、実施形態 1と同じ、赤色レーザ光源 1、青色レーザ光 源 2及び緑色レーザ光源 3を備える。さらに、本実施形態のレーザ投射装置 700は、 レーザ光 Pl、 P2、 P3にそれぞれ映像信号を載せる変調器 4、変調器 4から出射され るレーザ光 Pl、 P2、 P3を偏向する水平偏向装置 9、及び水平偏向装置 9により偏向 されたレーザ光 Pl、 P2、 P3をスクリーン 8上にスキャンする垂直偏向装置 10を有す る。本実施形態の垂直偏向装置 10として、ガルバノミラーが用いられる。スクリーン 8 は、背面からレーザ光を投射される。人はスクリーン 8の前面力 透過される散乱光を 観測する。

[0049] 本実施形態のレーザ投射装置 700は、放熱手段をさらに備える。本実施形態の放 熱手段に関連する構成を図 8に示す。本実施形態のレーザ投射装置 700は、空気を 取り入れるための吸入口 81と、空気を排出するための排出口 82とを備える。赤色レ 一ザ光源 1は、青色レーザ光源 2と緑色レーザ光源 3よりも吸入口 81に近 ヽ場所に 配置される。各レーザ光源に対して、放熱フィン 84が設けられる。吸入口 81と赤色レ 一ザ光源 1との間には、空冷ファン 83が設けられる。青色レーザ光源 2と緑色レーザ 光源 3は、赤色レーザ光源 1と排出口 82との間に配置される。吸入口 81から取り入 れられた空気は赤色レーザ光源 1を冷却後、青色レーザ光源 2および緑色レーザ光 源 3から熱を奪い、排出口 82に到達する。熱は排出口 82からレーザ投射装置 700 の筐体の外部へ放出される。吸入口 81、空冷ファン 83、排出口 82、及び放熱フィン 84は、本実施形態の放熱手段を構成する。

[0050] 本実施形態は、吸入口 81付近に空冷ファン 83を配置し、青色レーザ光源 2および 緑色レーザ光源 3よりも吸入口 81に近い位置に赤色レーザ光源 1を配置することによ り、赤色レーザ光源 1の放熱効果を高めることができる。これにより、外気温度が上昇 した場合に赤色レーザ光源 1の発振波長が変化することを防ぐことができる。本実施 形態は、実施形態 1と同様の効果を有する。本実施形態の放熱手段によれば、光出 力 4Wの赤色レーザ光源 1の温度を所定の温度以内、例えば「環境温度 + 15度」以 内に維持することができる。環境温度の最高値が例えば 35度の場合、赤色レーザ光 源 1の温度の最高値を 50度に抑えることができる。これにより、赤色レーザ光源 1の 寿命が短くなることを防ぐことができる。

[0051] (実施形態 4) 本発明の実施形態 4のレーザ投射装置を図 9に示す。本実施形態のレーザ投射装 置 900は、透過型の液晶パネル 95のバックライトとしてレーザ光源 1, 2, 3を用いる 液晶テレビである。赤色レーザ光源 1、青色レーザ光源 2及び緑色レーザ光源 3は、 実施形態 1と同じである。各レーザ光源には、実施形態 3と同様に、放熱フィン 84が 設けられる。本実施形態において、液晶パネル 95は 40インチであり、赤、青、緑のレ 一ザ光源 1, 2, 3の出力は、それぞれ 8W、 4W、 5Wである。

[0052] 本実施形態のレーザ投射装置 900は、液晶パネル 95の側面の中央に光入射口 9 6を備える。光入射口 96は、図 9において液晶パネル 95の下側の側面、すなわちレ 一ザ投射装置 900を縦置きにした場合に液晶パネル 95の底面となる面に設けられる 。各レーザ光源から出射されるレーザ光は、破線で示すように光入射口 96から液晶 パネル 95に入射される。

[0053] レーザ投射装置 900は、液晶パネル 95の下側の筐体の側面に吸入口 81と排出口 82とを有し、吸入口 81付近に空冷ファン 83を有する。空冷ファン 83の近傍に赤色レ 一ザ光源 1が配置され、赤色レーザ光源 1と排出口 82との間に、緑色レーザ光源 3と 青色レーザ光源 2が配置される。本実施形態において、青色レーザ光源 2が排出口 82側に配置される。吸入口 81から取り入れられた空気は赤色レーザ光源 1を放熱後 、緑色レーザ光源 3及び青色レーザ光源 2から熱を奪い、排出口 82に到達する。排 出口 82は、熱を筐体の外部に放出する。吸入口 81、空冷ファン 83、放熱フィン 84 及び排出口 82は、本実施形態の放熱手段を構成する。

[0054] 本実施形態によれば、実施形態 1〜3と同様の効果を有する。すなわち、赤色レー ザ光源 1の熱を放熱することにより、周囲環境温度が変化しても赤色半導体レーザの 発振波長の変動を極めて小さくすることができる。

[0055] 液晶パネル 95は熱に弱 、。本実施形態のように各レーザ光源の熱が液晶パネル 9 5側に伝導しないように、吸入口 81、空冷ファン 83、レーザ光源 1, 2, 3、及び排出 口 82を配置することにより、液晶パネル 95の劣化を防ぐことができる。

[0056] また、液晶パネル 95の側面の中央又は中央付近に設けられた光入射口 96からレ 一ザ光を入射することにより、液晶パネル 95の光の均一性、特に左右のバランスを良 くすることがでさる。 [0057] なお、吸入口 81と 出口 82の位置は、図 9に限定されない。吸入口 81と 出口 8 2の位置は、液晶パネル 95に赤、青、緑のレーザ光源 1、 2、 3の熱が伝導しない位 置であって、赤色レーザ光源 1が青色及び緑色のレーザ光源 2, 3の廃熱の影響を 受けない位置であれば良い。例えば、図 10から図 12に示す位置に、吸入口 81と排 出口 82とを設けても良い。図 10〜12において、赤色レーザ光源 1、青色レーザ光源 2及び緑色レーザ光源 3の位置は図 9と同じであり、図面上の筐体の中央から左側に 赤色レーザ光源 1が配置され、中央から右側に青色レーザ光源 2及び緑色レーザ光 源 3が配置される。図 10〜12において、青色レーザ光源 2及び緑色レーザ光源 3は 、図示を省略している。

[0058] 図 10の液晶テレビ 900aにおいて、吸入口 81は筐体の左右の側面に設けられ、排 出口 82は筐体の背面の底面寄りの中央に設けられる。赤色レーザ光源 1は、吸入口 81と排出口 82との間に設けられ、吸入口 81と赤色レーザ光源 1との間に空冷ファン 83力設けられる。この配置により、赤色レーザ光源 1は、青色及び緑色のレーザ光源 2, 3の廃熱の影響を受けない。排出口 82は、赤色レーザ光源 1の熱を液晶テレビ 9 OOaの背面力も放熱する。熱を背面力も放出することにより、液晶テレビ 900aを見て V、るユーザが熱を感じな 、ようにすることができる。

[0059] 図 11の液晶テレビ 900bにおいて、吸入口 81は筐体の左右の側面に設けられ、排 出口 82は、筐体の底面の中央に設けられる。空冷ファン 83は、左右の吸入口 81付 近に設けられる。赤色レーザ光源 1は、空冷ファン 83と排出口 82との間に設けられる 。排出口 82は、赤色レーザ光源 1の熱を液晶テレビ 900bの底面カゝら放熱する。熱を 底面力 放出する液晶テレビ 900bは、液晶テレビ 900bを壁に掛ける場合や壁を背 にして床面に配置する場合に適している。液晶テレビ 900bは、壁側に熱の影響を与 えないようにすることができる。また、液晶テレビ 900bに台 111を設けて、液晶テレビ 900bと床面との間に隙間を設けることにより、放熱効果を高めることができる。なお、 液晶テレビ 900bを壁に掛けて使用する場合は、台 111が無くても良!、。

[0060] 図 12の液晶テレビ 900cにおいて、吸入口 81は筐体の一方の側面に設けられ、排 出口 82は、吸入口 81が設けられた側面の対辺に近い、筐体の背面に設けられる。 赤色レーザ光源 1の熱は、背面に設けられた排出口 82から外部に放出されるため、 液晶テレビ 900cを見ているユーザに熱を感じさせないようにすることができる。なお、 排出口 82の大きさを広くすることにより、放熱効果をさらに高めることができる。吸入 口 81及び空冷ファン 83の配置は、図 9と同じである。

[0061] なお、図 9〜12において、赤色レーザ光源 1は図面上の筐体の左側に配置された 力 吸入口 81、排出口 82、及び空冷ファン 83の位置を左右逆にして、赤色レーザ 光源 1を筐体の右側に配置しても良 、。

[0062] また、レーザ投射装置と放熱手段との組み合わせは、上記実施形態に限定されな い。例えば、実施形態 1又は実施形態 2のレーザ投射装置 100は、実施形態 3又は 実施形態 4の空冷による放熱手段を備えても良い。実施形態 3又は実施形態 4のレ 一ザ投射装置 700、 900は、実施形態 1又は実施形態 2の水冷による放熱手段を備 えても良い。

[0063] また、実施形態 3及び実施形態 4のレーザ投射装置 700, 900は、実施形態 2のぺ ルチェ素子 51を赤色レーザ光源 1に備えて、ペルチェ素子 51による冷却と空冷ファ ン 83を用いた放熱とを組み合わせても良 、。

[0064] (実施形態 5)

赤色レーザ光源 1の温度を検出する温度センサについて説明する。本実施形態の レーザ投射装置は、赤色レーザ光源 1の温度を検出するために温度センサを備え、 温度センサが検出した温度に基づいて動作する。本実施形態のレーザ投射装置は 、実施形態 1〜4のいずれかのレーザ投射装置と同じ構成を有する。温度センサの 配置を図 13 (a)に示す。温度センサ 133は、赤色レーザ光源 1を固定する金属の半 導体レーザ固定ジグ 132に埋め込まれており、赤色レーザ光源 1のパッケージの温 度を検出する。

[0065] 赤色レーザ光源 1は、パッケージの中に赤色レーザ光を発光する赤色半導体レー ザチップ 131を有する。赤色半導体レーザチップ 131の層の構造を図 13 (b)に示す 。赤色半導体レーザチップ 131は、光を発光する活性層 134を含む複数の層で形成 される。本実施形態において、活性層 134の温度は、温度センサ 133が検出したパ ッケージの温度より約 20度高 、。

[0066] [1つの温度センサを用いた場合の放熱の制御] 赤色レーザ光源 1は、活性層 134の温度が 90度以上に達してしまうと、寿命が急激 に低下する。例えば、赤色レーザ光源 1の発光パワーが 8Wを超えると、環境温度が 35度のときであっても、活性層 134の温度が 90度以上に達してしまうことがある。そ のため、本実施形態のレーザ投射装置は、赤色半導体レーザチップ 131の活性層 1 34の温度を 90度以下に保つように、すなわち温度センサ 133が検出したパッケージ の温度が 70度を超えないように、温度センサ 133が検出した温度に基づいて、装置 全体を制御する。レーザ投射装置は、まず放熱手段を制御する。

[0067] 例えば、本実施形態のレーザ投射装置が冷却水 31を流す放熱部 4を備える実施 形態 1又は実施形態 2のレーザ投射装置 100と同じ構成を有する場合、温度センサ 133が検出した温度が 70度より十分に低いときに放熱部 4を動作させず、温度セン サ 133が検出した温度が 70度に近づくと、放熱部 4を動作させる。また、本実施形態 のレーザ投射装置が空冷ファン 83を備える実施形態 3又は実施形態 4のレーザ投射 装置 700, 900と同じ構成を有する場合、温度センサ 133が検出した温度が高いとき に空冷ファン 83の回転数を上げて、低いときに回転数を下げる。

[0068] 本実施形態のレーザ投射装置が、実施形態 2のペルチェ素子 51を実施形態 3又 は実施形態 4のレーザ投射装置 700, 900の赤色レーザ光源 1に対して備えた構成 を有する場合、温度センサ 133が検出したパッケージの温度が高温のとき (例えば 7 0度に近い高温のとき）にペルチヱ素子 51と空冷ファン 83の両方を動作させ、低温 のとき（例えば 70度より十分に低いとき）は空冷ファン 83のみを動作させるようにして も良い。

[0069] 本実施形態のレーザ投射装置は、放熱手段を動作させても赤色半導体レーザチッ プ 131の活性層 134の温度が 90度以下にならないときは、赤、青、緑のレーザ光源 1, 2, 3の出力を均等に下げる。

[0070] 本実施形態のレーザ投射装置が実施形態 3又は実施形態 4のレーザ投射装置 70 0, 900と同じ構成を有する場合、空冷ファン 83とは別の予備のファンをさらに備え、 空冷ファン 83だけでは活性層 134の温度が十分に低下しない場合に、予備のファン を動作させても良い。

[0071] 本実施形態のレーザ投射装置は、活性層 134の温度が下がらない場合に、警告を 示すメッセージを表示しても良い。例えば、本実施形態のレーザ投射装置が実施形 態 3又は実施形態 4のレーザ投射装置 700, 900と同じ構成を有する場合、空冷ファ ン 83の回転数を上げても活性層 134の温度が十分に低下しないときに、「ファンの掃 除をしてください」等のメッセージを表示しても良い。レーザ投射装置は、メッセージを 表示するための表示部をさらに備えても良い。また、実施形態 4のレーザ投射装置の 場合、液晶パネル 95にメッセージを表示しても良 、。

[0072] レーザ光源 1, 2, 3は、発光効率及び投射効率が良いため、従来のランプ光源な どと比較して、消費電力を低減できる一方、発熱源であるレーザ光源 1、 2、 3を冷却 するためには発熱の数倍の消費電力が必要となる。環境温度の変化に関わらず、常 に放熱手段を動作させてレーザ光源 1を冷却し、温度を一定にすると、消費電力が 増大する。本実施形態は、温度センサ 133を赤色レーザ光源 1に設けて、温度セン サ 133が検出した温度に基づいて、放熱手段及びレーザ光源の動作を制御すること により、消費電力が増大することを防ぐことができる。なお、上記の温度センサ 133が 検出した温度に基づく放熱手段及びレーザ光源の制御は、レーザ投射装置に設け られた制御部により行っても良い。

[0073] [複数の温度センサを用いた場合の放熱の制御]

なお、温度センサの数は本実施形態に限定されず、レーザ投射装置は複数の温度 センサを備えて、複数の温度センサによる検出結果により、放熱手段やレーザ光源 を制御しても良い。例えば、赤色レーザ光源 1の温度を検出する温度センサ 133に カロえて、レーザ投射装置全体の温度を検出する温度センサを備えても良い。この場 合、レーザ投射装置は、レーザ投射装置全体の温度を検出する温度センサと、赤色 レーザ光源 1の温度を検出する温度センサ 133との両方の検出結果に基づいて、放 熱手段の動作及び各レーザ光源の出力パワー等を制御しても良い。例えば、赤色レ 一ザ光源 1用の温度センサ 133に基づ 、て動作する赤色レーザ光源 1用の空冷ファ ン 83と、レーザ投射装置全体の温度を検出する別の温度センサに基づいて動作す るレーザ投射装置全体用の空冷ファンとをそれぞれ設ける。赤色レーザ光源 1の温 度がレーザ投射装置全体の温度を超えたときに、赤色レーザ光源 1用の空冷ファン 8 3の回転数を上げる。また、赤色レーザ光源 1の温度を検出する温度センサ 133とレ 一ザ投射装置全体の温度を検出する温度センサとの両方の検出結果が所定の温度 より高い場合に、赤色レーザ光源 1用とレーザ投射装置の全体用の空冷ファン 83を 同時にフル回転させる。フル回転させても二つの温度センサの温度が所定の温度を 超えるときは、赤色、青色、緑色のレーザ光源 1、 2、 3の出力を均等に低下させる。

[0074] また、赤色レーザ光源 1の温度を検出する温度センサ 133に加えて、青又は緑のレ 一ザ光源 2, 3の温度を検出する温度センサを備えても良い。また、赤色レーザ光源 1の温度を検出する温度センサ 133と、レーザ投射装置全体の温度を検出する温度 センサとに加えて、さらに別の温度センサを設けても良い。本実施形態のレーザ投射 装置は、少なくとも赤色レーザ光源 1の温度を検出する温度センサ 133を備えていれ ば良い。

[0075] なお、本実施形態においては、活性層 134の温度が 90度を超えないように制御し た力 この温度は 90度に限らない。例えば活性層 134の温度が 90度より低い温度を 超えないように制御しても良い。また、本実施形態において、活性層 134の温度が、 温度センサ 133が検出したパッケージの温度より約 20度高い場合について説明した 力 温度センサ 133が検出する温度と活性層 134の温度との差は、放熱構造及び出 力等により変化することは言うまでもない。従って、本実施形態においては、温度セン サ 133が検出したパッケージの温度が 70度を超えないように制御した力 この温度 は 70度に限定されず、レーザ投射装置は温度センサ 133が検出する温度と活性層 134の温度との差を考慮して、放熱手段やレーザ光源の出力を制御すれば良い。

[0076] (実施形態 6)

本実施形態のレーザ投射装置は、赤色レーザ光の波長をロックする波長ロック手段 を有する。本実施形態のレーザ投射装置は、実施形態 1〜4のいずれかのレーザ投 射装置と同じ構成を有する。波長ロック手段の構成を図 14に示す。本実施形態の波 長ロック手段は、赤色レーザ光を波長ロックする VBG (ボリューム ·ブラッグ ·グレーテ イング） 142である。赤色レーザ光源 1から出射された赤色レーザ光は、レンズ 141を 介して、 VBG142に入射される。 VBG142は、 90%のレーザ光を透過し、 10%を赤 色レーザ光源 1に戻す。 VBG142は波長選択性を有し、赤色レーザ光源 1から出射 されるレーザ光は VBG142の波長にロックされる。これにより、環境温度が約 30度変 化しても、赤色レーザ光源 1の発振波長を一定にすることができる。

[0077] 環境温度の変化が小さい間は、 VBG142により、発振波長を一定にすることができ る。環境温度の変化が大きい場合は波長ロックがはずれるため、波長ロックがはずれ たときは放熱手段を動作させる。これにより、低消費電力で RGBの色合いを一定に 保つことができる。なお、 VBG142は高出力が可能なワイドストライプの半導体レー ザに対しても波長ロックが可能である。また、 VBG142は、小型で量産が容易である

[0078] なお、実施形態 1〜6において、赤、青、緑のレーザ光源 1, 2, 3の波長のピーク値 及び出力パワーは上記実施形態に限らない。例えば、波長 650nmの出力 2Wの赤 色レーザ光源 1、波長 530nm、出力 1. 1Wの緑色レーザ光源 3、及び波長 447nm の出力 0. 9Wの青色レーザ光源 2を用いても良い。

[0079] なお、実施形態 1〜6において、青色レーザ光源 2は、 440〜460nmの範囲の半 導体レーザが好ましい。

[0080] また、実施形態 1〜6のレーザ投射装置は、赤色レーザ光源 1、青色レーザ光源 2、 及び緑色レーザ光源 3を有したが、レーザ光源の数は本実施形態に限定されず、例 えば青緑色を発光するレーザ光源をカ卩えても良い。

[0081] なお、実施形態 1〜4のレーザ投射装置において、赤色レーザ光源 1が最も放熱さ れる構成であれば、青色レーザ光源 2と緑色レーザ光源 3の位置は、上記実施形態 に限定されない。例えば、青色レーザ光源 2と緑色レーザ光源 3の位置は逆であって も良い。また、上記実施形態 1〜6のレーザ投射装置は、赤、青、及び緑の全てのレ 一ザ光源の熱を放熱したが、上記実施形態の青色レーザ光源 2と緑色レーザ光源 3 であれば環境温度が高温であっても色合 、を保つことができるため、必ずしも放熱す る必要はない。上記実施形態の赤、青、緑のレーザ光源 1, 2及び 3であれば、少なく とも赤色レーザ光源 1の熱を放熱すれば良い。

[0082] なお、赤、青、緑のレーザ光源 1, 2, 3の種類は、実施形態 1〜6に限定しない。例 えば、光波長変換素子を用いずに、緑色のレーザ光を発光する半導体レーザが実 現すれば、緑色の半導体レーザを用いても良い。

[0083] 上記実施形態では、青色レーザ光源 2として青色のレーザ光を出射する GaN半導 体レーザを用い、緑色レーザ光源 3として光波長変換素子により緑色のレーザ光を 出射する光源を用いたため、青色と緑色のレーザ光源 2, 3は、環境温度の変化に対 して波長の変化が小さかった。よって、レーザ投射装置は、赤色半導体レーザを用い た赤色レーザ光源 1を優先的に放熱した。しかし、赤色レーザ光源 1より波長の変化 が大き 、他の色のレーザ光源を用いる場合は、他の色のレーザ光源が最も放熱され る構成であっても良い。本発明のレーザ投射装置は、放熱手段により、環境温度に 対して波長がずれやす 、光源がより放熱されるように構成されて ヽれば良!ヽ。

[0084] なお、実施形態 1〜4のレーザ投射装置は、映像を表示するプロジェクシヨンディス プレイや液晶テレビであつたが、レーザ投射装置の種類は上記実施形態に限らな ヽ 。例えば、レーザ光を使用した照明装置であっても良い。上記実施形態の各放熱手 段は、レーザ光を使用する装置に適用できる。

産業上の利用可能性

[0085] 本発明のレーザ投射装置は、環境温度変化に関わらず、赤色レーザ光源の発振 波長を一定にすることができるという効果を有し、映像を表示するプロジェクシヨンディ スプレイや液晶テレビ等に有用である。

Claims

請求の範囲

[I] 赤色のレーザ光を発光する赤色レーザ光源と、

前記赤色レーザ光源の温度を検出する温度センサと、

前記温度センサが検出した前記赤色レーザ光源の温度に基づいて、前記赤色レ 一ザ光源の熱を放熱する放熱手段と、

を有するレーザ投射装置。

[2] 青色のレーザ光を発光する青色レーザ光源と、

緑色のレーザ光を発光する緑色レーザ光源と、

をさらに有し、

前記放熱手段は、前記赤色レーザ光源の熱を前記青色レーザ光源及び前記緑色 レーザ光源の熱より多く放熱する、請求項 1に記載のレーザ投射装置。

[3] 前記放熱手段は冷却水により各レーザ光源を冷却する、請求項 2に記載のレーザ 投射装置。

[4] 前記放熱手段は、前記赤色レーザ光源を水冷した後の冷却水により、前記青色レ 一ザ光源と前記緑色レーザ光源を水冷する請求項 3に記載のレーザ投射装置。

[5] 前記放熱手段は、前記赤色レーザ光源の温度を環境温度よりも低温にする冷却手 段を備える、請求項 1に記載のレーザ投射装置。

[6] 前記冷却手段は、ペルチェ素子である、請求項 5に記載のレーザ投射装置。

[7] 前記放熱手段は、空冷ファンを備える請求項 2に記載のレーザ投射装置。

[8] 前記空冷ファンは、前記赤色レーザ光源を放熱した後の廃熱で、前記青色レーザ 光源及び前記緑色レーザ光源を放熱するように配置される請求項 7に記載のレーザ 投射装置。

[9] 前記赤色レーザ光源は、前記青色レーザ光源と前記緑色レーザ光源よりも、前記 空冷ファンの近くに配置される請求項 8に記載のレーザ投射装置。

[10] 前記放熱手段は、前記赤色レーザ光源の温度が高いときに動作する請求項 1に記 載のレーザ投射装置。

[II] 前記赤色レーザ光源は赤色半導体レーザであり、前記放熱手段は、前記赤色半 導体レーザの活性層の温度を 90度以下に保つように、前記赤色半導体レーザの熱 を放熱する、請求項 1に記載のレーザ投射装置。

[12] 前記赤色レーザ光源の波長をロックする波長ロック手段をさらに備える、請求項 1に 記載のレーザ投射装置。

[13] 前記青色レーザ光源は、 GaN青色半導体レーザである、請求項 2に記載のレーザ 投射装置。

[14] 前記青色レーザ光源の波長は、 440ηπ！〜 460nmの範囲である、請求項 13に記 載のレーザ投射装置。

[15] 前記緑色レーザ光源は、光波長変換素子を備える、請求項 2に記載のレーザ投射 装置。

[16] 液晶パネルをさらに有する、請求項 2に記載のレーザ投射装置。

[17] 各レーザ光源と前記放熱手段は、前記液晶パネルの側面側に設けられる、請求項

16に記載のレーザ投射装置。

[18] 前記液晶パネルの側面の中央に各レーザ光源から出射されるレーザ光を前記液 晶パネルに入射する光入射口を備える、請求項 17に記載のレーザ投射装置。

[19] 前記放熱手段は、

空気を取り込む吸入口と、

空気を排出する排出口と、

前記吸入口付近に設けられた空冷ファンと、

を有し、

前記吸入口と前記排出口は、前記レーザ投射装置の側面の対辺に設けられる、請 求項 17に記載のレーザ投射装置。

[20] 前記放熱手段は、

空気を取り込む吸入口と、

空気を排出する排出口と、

前記吸入口付近に設けられた空冷ファンと、

を有し、

前記吸入口は前記レーザ投射装置の側面に設けられ、前記排出口は前記レーザ 投射装置の背面に設けられる、請求項 17に記載のレーザ投射装置。 前記放熱手段は、

空気を取り込む吸入口と、

空気を排出する排出口と、

前記吸入口付近に設けられた空冷ファンと、

を有し、

前記吸入口は前記レーザ投射装置の側面に設けられ、前記排出口は前記レーザ 投射装置の底面に設けられる、請求項 17に記載のレーザ投射装置。